L'insulina è un polipeptide prodotto dal alcune delle cellule delle isole del Langerhans, situate nel pancreas. Il compito dell'insulina è di mantenere costante la concentrazione del glucosio (o glicemia) nel plasma, poichè un eventuale aumento di questa sarebbe dannoso al metabolismo cellulare. L'insulina agisce favorendo l'entrata del glucosio nelle cellule (quindi fa diminuuire la glicemia nel plasma: è un agente ipoglicemizzante).
Un aumento della glicemia causa un aumento della produzione di isulina, una diminuzione della glicemia ha l'effetto contrario, infatti le cellule delle isole di Langerhans deputate alla produzione di insulina sono sensibili alla concentrazione del glucosio. La concentrazione dell'insulina, oltre a variare in funzione della glicemia, sottostà anche ai normali controlli di feed-back negativo.
L'ormone della crescita, GH
L'ormone della crescita, GH o somatotropina, durante l'età dello sviluppo promuove l'accrescimento. Bisogna notare però che la sua concentrazione non diminuisce dopo l'età dello sviluppo, ma resta costante (se si escludono piccole variazioni cicliche) per tutta la vita. La principale funzione dell'ormone GH consiste nello stimolare il metabolismo cellulare, si dice quindi che ha una funzione anabolizzante. Nella fase evolutiva, in particolare, esso favorisce la mitosi cellulare. Superata l'età evolutiva le cellule modificano alcune loro caratteristiche e l'accrescimento ha fine. La concentrazione di GH resta costante, come accennato prima, ma le modifiche cellulari ne limitano l'azione.
Per accrescimento si intende un aumento della statura e del peso del soggetto. E' ovvio che anche dopo l'età dello sviluppo le cellule continuano a dividersi (i tessuti si rinnovano continuamente, fatta eccezione per i tessuti perenni), ma il rapporo nascita cellulare/ morte cellulare in questo caso diviene pressochè costante. Nell'età dello sviluppo invece la nascita cellulare supera la morte cellulare. Nella vecchiaia il rapporto si inverte.
L'ormone GH agisce principalmente su: provocando:
tessuto muscolare aumento della sintesi proteica aumento della captazione degli aminoacidi diminuzione della captazione di glucosio (tutto ciò causa un'ipertrofia muscolare)
fegato aumento della sintesi proteica aumento della sintesi di RNA aumento della sintesi di glucoso aumento della produzione di somatomedine, tessuto adiposo aumento della lipolisi diminuzione della captazione di glucosio
Le somatomedine successivamente regolano lo sviluppo delle ossa e delle cartilagini, nonchè del metabolismo muscolare.
Il processo di ossificazione - Lo scheletro si sviluppa da una matrice cartilaginea che col tempo viene sottoposta ad ossificazione. L'ossificazione può avvenire in due modi. Gli spazi cartilaginei (si parla esclusivamente delle cartilagini che dovranno "diventare" ossa) possono subire una "occupazione" da parte di osteoblasti portati dalle arterie, che durante lo sviluppo iniziano ad irrorare le cartilagini. Oppure l' occupazione può essere promossa dal periostio, una sottile lamina che circonda le cartilagini stesse.
Le cartilagini che restano tali anche nell'adulto non vanno incontro a tali fenomeni.
Gli osteoblasti sono responsabili del deposito di sostanza ossea negli spazi cartilaginei. Gli osteoclasti invece sono responsabili della solubilizzazione e del riassorbimento del tessuto osseo: il rapporto tra osteoblasti e osteoclasti è a favore dei primi nell'età evolutiva, a favore dei secondi nella vecchiaia. L'equilibrio è pressochè stabile nell'età matura. Da ciò segue che il tessuto osseo non è un tessuto perenne, anzi nel tempo di 2/3 mesi esso risulta completamente "rifatto", ossia cotituito da cellule nuove.
Meccanica del processo di ossificazione - Consideriamo un osso lungo in accrescimento. Un osso di questo tipo possiede una diafisi (corpo) e due epifisi (estremità). Presso ognuno dei due confini diafisi-epifisi esiste una zona di cartilagine detta metaepifisaria o di accrescimento. La porzione metaepifisaria rivolta verso le estremità dell'osso presenta una continua divisione cellulare, poichè le cellule della cartilagine di accrescimento sono sensibili all'ormone GH (per essere più precisi sono senibili alle somatomedine che, come abbiamo visto, sono regolate dall'ormone GH).
L'osso, da quanto visto finora, continuerebbe ad accrescersi senza sosta, e resterebbe cartilagineo. A questo punto intervengono gli osteoblasti, che "inseguono" il fronte di accrescimento ossificando tutti gli spazi presenti tra le cellule cartilaginee. Così, durante l'accrescimento, l'unica zona cartilaginea dell'osso è rappresentata dalla zona di accrescimento. Quando gli osteoblasti raggiungono il fronte di accrescimento "bloccano" le cellule cartilaginee riempiendo gli spazi intercellulari. Si è giunti quindi al termine dell'accrescimento dell'osso (e della statura dell'individuo).
Si vede quindi che la fine dell'accrescimento osseo non è causata da una mancanza di ormone GH (la cui concentrazione rimane costante), ma da un blocco operato dagli osteoblasti sulle cellule cartilaginee, che in questo modo sono rese "insensibili" all'ormone stesso.
L'attività degli osteoblasti è prevalentemente promossa dagli ormoni sessuali (specialmente maschili), e non dall'ormone della crescita, GH. Questo fa si che gli uomini abbiano uno scheletro più grosso e pensante di quello delle donne, data ovviamnete la maggior presenza nel loro organismo di ormoni maschili.
Cenni di anatomia del tessuto osseo
Il tessuto osseo è un particolare tessuto connettivo, nel quale le fibre collagene sono cementate dall'osseina, e la sostanza fondamentale risulta molto compatta (calcificata). Le fibre collagene sono raccolte in lamelle, che a loro volta si possono riunire in due diversi modi. Nelle ossa dette spugnose le lamelle sono riunite in trabecole che delimitano gli spazi midollari, nelle ossa compatte le lamelle sono riunite in strati concentrici.
Gli strati concentrici di lamelle si alternano a strati di osteociti. La disposizione delle lamelle avviene attorno ad un canale centrale. Il canale con le sue lamelle costituisce un osteone o sistema di Havers. I canali del sistema di Havers sono in collegamento tra loro per mezzo dei canali perforanti di Volkmann.
Nel tessuto osseo è notevole la presenza di fosfato di magnesio, fosfato di calcio e carbonato di calcio. I sali minerali presenti nelle ossa possono essere trasferiti ad altri organi che ne hanno bisogno, cosicchè esse vengono considerate delle riserve di sali.
I vari tipi di ossa possono essere suddivisi in tre principali gruppi: ossa lunghe (es: femore), ossa corte (es: rotula), ossa piatte (es: scapola). Le ossa corte e le ossa piatte sono formate da tessuto spugnoso all'interno e compatto all'esterno. Le ossa lunghe sono spugnose alle estremità e compatte nel corpo.
I tessuti perenni
Tutti i tessuti, come accennato nel § sull'ormone GH, si rinnovano continuamente. Fanno eccezione a questa regola i tessuti detti perenni, ossia il tessuto muscolare, quello nervoso e quello adiposo.
Per quanto riguarda il tessuto nervoso il numero delle cellule (neuroni) che lo compongono aumenta fino al 4° anno di vita. Successivamente i neuroni iniziano a "morire" mentre non se ne formano di nuovi.
Poichè il numero di neuroni di cui si dispone al 4° anno di vita è "sovrabbondante", effetti negativi importanti della morte cellulare si manifestano solo dopo un periodo di tempo molto lungo (più lungo della vita media), cosicchè patologie di questo genere riguardano essenzialmente pazienti anziani. Per migliorare la situazione, i neuroni vanno tenuti "in allenamento" tramite una ginnastica mentale (studio, eccetera) che mantenga a livelli ottimali il loro metabolismo e faccia aumentare il numero delle loro sinapsi. Ciò allontana nel tempo il rischio di patologie dovute alla morte cellulare dei neuroni, poichè l'aumentato numero di sinapsi compensa il diminuito numero di neuroni.
Per quanto riguarda il tessuto muscolare il numero delle cellule (fibre) che lo compongono aumenta fino al periodo dello sviluppo (compreso). Successivamente il loro numero resta costante. Le cellule muscolari non vanno incontro ad una continua morte, come i neuroni.
Le cellule muscolari non presentano fenomeni di morte cellulare, ma ciò non toglie che il passare del tempo influisca negativamente su di esse, specialmente al giorno d'oggi che la vita si allunga e diviene sempre più sedentaria. Per migliorare la situazioneu, un pò come accadeva per i neuroni, le fibre muscolari vanno tenute "in allenamento" tramite una ginnastica appropriata (sport, eccetera) che mantenga a livelli ottimali il loro metabolismo e faccia aumentare il loro volume (ipertrofia muscolare). Si può paragonare quindi l'aumento del volume delle cellule muscolari con l'aumento del numero delle sinapsi delle cellule nervose.
Per quanto riguarda il tessuto adiposo il numero delle cellule che lo compongono aumenta fino al periodo dello sviluppo (compreso). Successivamente il loro numero resta costante. Le cellule adipose possono variare le loro dimensioni a seconda che siano più o meno piene di lipidi.
Il controllo adenoipofisario sulle gonadi
L'adenoipofisi controlla la produzione delle gonadotropine: FSH (o ormone follicolo-stimolante, agente nell'uomo sui tubuli seminiferi promuovendo la formazione di spermatozoi) e LH (ormone luteo-stimolante, agente nell'uomo sulle cellule interstiziali di Leydig, che a loro volta secernono ormoni maschili).
Nell'uomo la regolazione della produzione di ormoni sessuali non presenta importanti caratteristiche, poichè la produzione è costante ed uniforme. Nella donna invece la regolazione è più complessa, poichè la produzione di ormoni femminili è ciclica (didatticamente si possono distinguere un ciclo ovarico ed uno mestruale).
Gli ormoni, lo sviluppo del follicolo ovarico e dell'endometrio - (iniziamo l'analisi dei cicli partendo dalla avvenuta desquamazione dell'epitelio dell'utero). L'ormone FSH stimola la parete esterna di più follicoli ovarici, che a sua volta liberano ormoni estrogeni. Questi ormoni favoriscono la rigenerazione della mucosa uterina (endometrio). Un'altra loro caratteristica è quella di inibire lo sviluppo dei follicolo ovarici stessi, cosicchè solo uno dei più follicoli stimolati continui la sua attività: quello più "forte", ossia quello che per motivi casuali si è modificato di più e resiste megio all'attività inibente degli estrogeni.
Durante lo sviluppo il follicolo si riempie di liquor follicoli, e verso il 14° giorno scoppia liberando l'uovo (in questa fase c'è un aumento della concentrazione di LH preceduto da una caduta di concentrazione di FSH). L'uovo viene captato dalle fimbrie, e tramite le tube uterine viene portato nell'utero.
Nel frattempo nell'ovaio l'ormone LH stimola la formazione del corpo luteo, una struttura endocrina che produce il progesterone, un ormone che stimola il metabolismo dell'endometrio, che si è già rigenerato tramite gli estrogeni. Il progesterone aumenta la vascolarizzazione dell'endometrio, aumenta i depositi locali di glucosio, aminoacidi eccetera. Ciò è molto importante poichè la mucosa uterina deve essere un ottimo "terreno di colura", pichè lì si impianterà l'uovo, se fecondato.
Fecondazione o no
Se l'uovo non viene fecondato, verso il 21° giorno* si ha una diminuzione della concentrazione di ormone LH, e a ciò segue l'involuzione del corpo luteo. Cala quindi anche la concentrazione di progesterone (che era prodotto dal corpo luteo) e ciò provoca la morte della zona superficiale dell'endometrio, con conseguente eliminazione tramite la mestruazione.
Se avviene la fecondazione (solitamente gli spermatozoi raggiungono l'uovo quando si trova nelle tube) inizia immediatamente un processo di divisione cellulare, con formazione di un primitivo embrione. Circa dopo 28 giorni (ma il periodo è molto variabile) l'embrione si annida nell'utero, dove la cellule della sua parte esterna (che formeranno la placenta) iniziano a secernere gonadotropine (dette corioniche) che hanno il compito (come lo aveva l'LH) di mantenere in attività il corpo luteo (che provvede, tramite il progesterone, alla vita dell'endometrio).
Per due o tre mesi il corpo luteo è in grado di mantenere il trofismo dell'endometrio. Successivamente questo compito viene svolto dalla placenta. Infatti la placenta, producendo essa stessa progesterone, agisce con meccanismo di feed-back sul corpo luteo, ponendo fine alla sua attività. Per comprendere questa situazione si tenga presente che la placenta, in confronto alla madre, è una struttura estranea: quindi il progesterone prodotto dalla placenta, ed immesso nel circolo sanguigno della madre tramite l'endometrio uterino, equivale ad una somministrazione di ormoni esogeni.
Al terzo o quarto mese la placenta stimola il rilascio, dall'adenoipofisi, della prolattina, che causa la proliferazione cellulare della ghiandola mammaria. Alla fine del periodo* della gravidanza, che dura in media 9 mesi, la neuroipofisi inizia a secernere ossitocina, un ormone che fa aumentare la contrattilità della muscolatura liscia, ed in partilolare di quella dell'utero, le cui cellule sono dotate di molti recettori da ossitocina. Ciò stà alla base dei meccanismi del parto.
(*) Le regolazioni temporali di vari processi fisiologici sono dettate da meccanismi ancòra poco consciuti, indicati talvolta come "orologi biologici". Si pensa che sia l'ipotalamo a possedere le informazioni su quando far accadere taluni eventi.
Cenni sulla costituzione del Sangue e sul Sistema Immunitario
Il sangue, la sua parte liquida (plasma)
Il sangue è un tessuto composto parzialmente (46%) da elementi cellulari omogenei (parte corpuscolata) e parzialmnente (56%) da una matrice liquida, o plasma. Il plasma è composto in gran parte da acqua (91%), poi da proteine (7%) e da altre sostanze (sali, amminoacidi, zuccheri [specialmente glucosio], urea, ecc.) Le concentrazioni di queste sostanze sono mantenute costanti tramite vari meccanismi omeostatici, come il riassorbimento e la secrezione renale, la respirazione, ecc.
Il plasma sanguigno
Il plasma consente il trasporto delle sostanze in esso contenute (la parte corpuscolare del sangue, essenzialmente), ma partecipa anche al trasporto di ossigeno ed anidride carbonica. Essendo composto in gran parte d'acqua svolge anche funzioni termoregolatrici, infatti l'acqua mantiene per lungo tempo il calore (energia) che possiede Ci soffermiamo ora sulle proteine presenti in esso. Le più importanti sono:
- il fibrinogeno, una proteina grossa e filamentosa che prende parte alla coagulazione (il plasma, privato del fibrinogeno, viene detto siero)
- le albumine, proteine prodotte dal fegato, che servono a trasportare sia aminoacidi sia molecole non facilmente solubili, come gli ormoni steroidei o alcune vitamine
- le globuline alfa e beta, anche loro prodotte dal fegato, e anche loro trasportatrici di AA.
- le globuline gamma, o gammaglobuline, prodotte dai linfociti, hanno il compito di difendere l'organismo dalle sostanze ritenute estranee (o non-self). E' più preciso parlare di sostanze "ritenute estranee" più che di sostanze estranee in senso assoluto, poichè talvolta anche sostanze proprie dell'organismo vengono "scambiate" per non-self.
Il sangue, la sua parte corpuscolare
La parte corpuscolata del sangue, ma anche i linfociti (facenti parte del Sistema Immunitario), prendono origine dal midollo osseo rosso, detto anche tessuto emopoietico, ed in particolare da cellule staminali da esso prodotte.
Il tessuto emopoietico e le cellule staminali
Dopo la nascita i tessuti emopoietici sono rappresentati dal midollo osseo rosso, che è capace di generare vari tipi di cellule che andranno a comporre la parte corpuscolata del sangue. Esso si differenzia dal midollo osseo giallo, che ha perso questa capacità. Il midollo osseo rosso è situato, nell'adulto, nelle epifisi delle ossa lunghe, corte e piatte. In caso di emorragie croniche o di alterazioni della emopoiesi midollare, la produzione ematica può nuovamente avvenire (come accadeva nella vita fetale) nel midollo delle diafisi delle ossa lunghe e nel tessuto connettivo del fegato.
Il midollo osseo produce un tipo di cellule molto indifferenziate, dette cellule staminali, che sono in grado di dare origine a più specie di cellule diverse. Una cellula staminale può differenziarsi in una cellula linfatica (che originerà vari linfociti) o in una cellula ematica (che originerà i componenti della parte corpuscolata del sangue).
Da una cellula ematica derivano i megacariociti (origineranno le piastrine), le cellule staminali dei globuli rossi e le cellule staminali mieloidi (origineranno i globuli bianchi). Da una cellula linfatica derivano linfociti T e B.
I componenti della parte corpuscolata del sangue
La parte corpuscolata del sangue contiene globuli rossi, globuli bianchi e piastrine.
Le piastrine (e la coagulazione) - le piastrine sono frammenti cellulari di megacariociti, sono coinvolti nella coagulazione. La coagulazione consiste in una serie di meccanismi atti a fermare uno spandimento di sangue, conseguente alla rottura di un piccolo vaso. Qui di seguito accenniamo, a grandi linee, al meccanismo della coagulazione.
Quando un vaso si rompe, le piastrine del sangue vengono a contatto con la membrana basale, poichè l'endotelio apparirà danneggiato in uno o più punti. Le piastrine si "attaccano" alla membrana basale (non si possono invece attaccare all'endotelio, data la sua struttura), e iniziano ad ammassarsi le une sulle altre.
In questo caso, contemporaneamente all'ammassarsi delle piastrine, la muscolatura lisica del vaso che è stato leso mette in atto una vasocostrizione locale, che causa una minor perdita di sangue ed un più efficace "tappo" ad opera delle piastrine.
Le piastrine, quando iniziano ad accumularsi, rilasciano un compesso di molecole, detto reduttasi piastrinica, che ha il compito di "spremere" le piastrine stesse, in modo che il tappo da loro formato sia più fitto. Conteporaneamente viene rilasciato anche il fibrinogeno, una molecola filamentosa prodotta dal fegato, precursore della fibrina. La trombina, attivata in questi casi, a sua volta attiva il fibrinogeno trasfromandolo in fibrina. La fibrina, che è molto adesiva, agisce da cementante tra le piastrine, rendendo così ottimale la loro azione di tappo.
NB: in particolari casi è utile che ad una lesione non segua un'azione di coagulo (per esempio durante una operazione chirurgica). Per impedire la coagulazione si usa immettere nel sangue, per esempio, degli agenti chelanti gli ioni Ca++ (ossia molecole che si attaccano, come le chele di un granchio, sugli ioni Ca++). Il Ca++ è indispensabile al processo di coagulazione, ma per motivi di semplicità non ne abbiamo parlato. Anche l'eparina può essere sfruttata, a concentrazioni farmacologiche, come agente anti-coagulante. Questa sostanza è presente naturalmente nel nostro organismo, ma a concentrazioni fisiologiche la sua unica funzione è di impedire la coagulazione nel caso di micro-traumi, che sono molto frequenti. Se ogni microtrauma fosse seguito da una coagulazione, gli inconvenienti creati all'organismo sarebbero ben maggiori dei benefici.
I globuli rossi - i globuli rossi, o eritrociti, derivano dalle cellule staminali omonime. Un globulo rosso non ancòra maturo viene detto reticolocita, poichè il tessuto che lo forma ricorda una rete. Quando diviene maturo perde questa caratteristica e diviene un globulo rosso vero e proprio. Una concentrazione abnorme di reticolociti è segno che c'è l'organismo sta tentando di porre rimedio ad una mancanza di globuli rossi: una tal situazione si può riscontrare, per esempio, dopo una emorragia.
I globuli rossi vivono circa 3 mesi, poichè sono strutture senza nucleo e non sono in grado di rinnovarsi (possiedono pochissimo DNA). La loro funzione essenziale consiste nel trasporto di ossigeno, infatti contengono emoglobina, la sostanza alla quale l'osigeno si lega. I globuli rossi possiedono anche una certa funzione di tamponi, dovuta alla presenza dell'eme dell'emoglobina.